[發明專利]一種反陣列結構的固態鋰離子電池及制備方法

在審

• 申請號: 201910767522.7
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110492173A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 廖健淞;陳慶
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/04;H01M4/66;H01M4/04
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本發明涉及鋰離子電池領域，公開了一種反陣列結構的固態鋰離子電池及制備方法。包括如下制備過程：將固態電解質原料與熱塑性有機物充分混合后，模具雙面均設置為鋸齒狀,通過模具澆筑制備為表面具有鋸齒結構的固體材料，之后向固體兩側依次涂布正負極漿料、鋁箔和銅箔，并進行熱定型、干燥、封裝，即可得到單片反陣列結構的固態鋰離子電池。本發明制得的固態鋰離子電池與普通固態鋰電池相比，通過模具制備調控固態電解質結構，使鋰離子在正負極之間的傳導路徑縮短，界面結合緊密，鋰離子傳導路徑由傳統的橫向穿過電解質變為縱向躍遷，大幅提高了鋰離子的傳導能力，從而有效提高了固態電池的高倍率循環性能，防止鋰枝晶產生；同時制備工藝簡單，能耗低，成本低。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，公開了一種反陣列結構的固態鋰離子電池及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。鋰離子電池能量密度高，穩定性強，無記憶效應，循環壽命長，作為一種商業化的高效儲能器件得到了廣泛應用。

傳統鋰離子電池中所使用的電解質為液態的六氟磷酸鋰，由于其自身極不穩定，容易分解導致電池脹氣，同時在高溫、短路、過充或物理碰撞時極易燃燒和爆炸。盡管通過外部封裝加入保護機制，其仍然具有較大的安全隱患。固態鋰離子電池使用固態電解質替代液態電解質，可以從根本上解決液態鋰離子電池的安全問題和使用溫區問題，同時可以有效降低電解質對正負極的腐蝕。

目前，固態電池面臨幾個嚴重的問題，一是如何有效提高電解質對于鋰離子的傳輸能力，二是實現電極層與電解質層的良好界面接觸，三是如何解決固態電解質層自身機械性能較差的問題。固態電池中，鋰離子在固態電解質中傳遞較為緩慢，而且傳統的負載型和層狀型電池結構中，鋰離子在電解質中的傳遞路徑較長，對于電池整體的電導率具有十分不利的影響。因此，針對固態電解質結構的改進從而提高其鋰離子傳導能力具有十分重要的實際意義。

中國發明專利申請號201610431034.5公開了一種固態電解質材料、電解質、鋰電池及其制備方法，電解質材料包括內核和包覆層，內核為碳基導體材料，包覆層包覆在所述內核表面，包覆層為無機陶瓷類材料。該發明提供的電解質材料具有包覆層，屏蔽了碳基導體材料的導電子特性，將碳基導體材料引入到固態電解質材料中，提高了固態電解質的離子遷移率，限制了鋰枝晶的產生，增加電解質在空氣中的穩定性。

中國發明專利申請號201410632564.7公開了一種復合固體聚合物電解質膜及其制備方法及聚合物鋰電池。復合固體聚合物電解質膜，包括：納米陶瓷顆粒；以及聚合物固態電解質，包括具有導鋰離子能力的聚合物、鋰鹽。復合固體聚合物電解質由所述納米陶瓷顆粒在所述聚合物固態電解質上原位生成。聚合物鋰電池包括前述復合固體聚合物電解質膜。該發明的復合固體聚合物電解質膜具有較高的鋰離子電導率和機械強度，制備工藝簡單，便于進行大規模生產 。

根據上述，現有方案中用于固態鋰離子電池的固態聚合物電解質，鋰離子傳導路徑較長，傳導能力較弱，并且傳統的制備工藝復雜，成本高昂。

發明內容

目前應用較廣的用于固態鋰離子電池的固態聚合物電解質，存在鋰離子傳導路徑較長、傳導能力較弱的缺陷，并且傳統的制備工藝復雜，成本高昂，本發明提供了一種反陣列結構的固態鋰離子電池的制備方法，可有效解決上述問題。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一種反陣列結構的固態鋰離子電池的制備方法，制備的具體過程為：

（1）先將固態電解質原料與熱塑性有機物充分混合，然后通過模具澆筑，制得表面具有鋸齒結構的固體電解質材料；